Методика ведения гидрогеохимического мониторинга при оценке загрязнения на водозаборах и участках загрязнения

Методика ведения гидрогеохимического
мониторинга при оценке загрязнения на
водозаборах и участках загрязнения
подземных вод.
Абрамов В.Ю.
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ НОРМАТИВНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ РАБОТ ПО ИЗУЧЕНИЮ
КАЧЕСТВА ПОДЗЕМНЫХ ВОД ПРИ ВЕДЕНИИ МОНИТОРИНГА
1. Изучение качества подземных вод при ведении гидрогеохимического мониторинга
водных объектов представляет собой систему наблюдений и сбора информации, оценки и
прогнозирования пространственно-временных количественных изменений химического состава
подземных вод под воздействием природных и техногенных факторов по комплексу обобщенных,
санитарно-токсикологических, органолептических (физических и химических), радиационных,
микробиологических показателей.
Перечень нормируемых компонентов, содержания которых подлежат контролю в подземных водах
при проведении мониторинга месторождений, определяют требования ГОСТ 2874-82 “Вода
питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством, ГОСТ 2761-84 “Источники
централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Правила выбора и оценки качества”,
СанПиН 2.1.4.027-95 “Питьевая вода и водоснабжение населенных мест. Зоны санитарной охраны
источников водоснабжения и водопроводов хозяйственно-питьевого назначения”, СанПиН
2.1.4.1074-01 и ГН 2.1.5.1315-03 “Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды
централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества”.
2. Система государственного мониторинга водных объектов включает объектный,
территориальный и региональный мониторинг подземных вод, каждый из которых охватывает либо
территорию отдельной природно-технической системы, либо площадь отдельного субъекта
федерации, либо территорию отдельных природных гидрогеологических систем, расположенных на
территории нескольких субъектов Российской Федерации.
Геохимические задачи, решаемые при ведении объектного, территориального, регионального
мониторинга подземных вод определяют индивидуальный подход к выбору состава
контролируемых компонентов их химического состава, которые рекомендуется подразделить на
обобщенные, приоритетные, фоновые и контрольные показатели качества с различной частотой и
плотностью опробования на площади наблюдений.
Абрамов В.Ю.
3. Проведение гидрогеохимических исследований предусматривает большой объем
химико-аналитических работ, при этом особенно важно получение оперативной информации
непосредственно у опробуемого водопункта (скважины, родника и т.д.) с использованием полевых
экспрессных методов анализа.
4. Общие требования к полевым методам анализа регламентирует ГОСТ 24902-81,
который распространяется на природные воды с минерализацией не более 3 г/л.
Полевые методы органолептического и физико-химического анализа допускаются для
использования при проведении гидрогеологической съемки, поисков и разведки источников
хозяйственно-питьевого назначения, а также при охране их от загрязнения и истощения
5. Гостируемые полевые методы анализа включают определение органолептических
показателей: запаха, вкуса, цветности, мутности; физических и химических показателей:
температуры, рН, общей и карбонатной жесткости, сухого остатка, ионов хлора, сульфата,
гидрокарбоната, карбоната, нитрата, нитрита, аммония, кальция, магния, натрия, а также массовой
концентрации железа, фтора, суммы металлов (цинк, медь, свинец).
Прописи гостируемых полевых методов анализа приведены в ГОСТ 1030-81.
6. ГОСТ 24902-81 допускает применение любых методов, отвечающих определенным
требованиям к нормам точности. Это означает, что в практике гидрогеологических работ, включая
мониторинг качества подземных вод, можно использовать полевые методы аналитических
определений, не предусмотренные ГОСТ 1030-81.
7. Перечень анализируемых в полевых условиях показателей может быть расширен,
если методики включены в Федеральный перечень методик выполнения измерений, допущенных к
применению при выполнении работ в области мониторинга загрязнения окружающей природной
среды, в Государственный реестр методик количественного химического анализа и оценки
состояния объектов окружающей среды, допущенных для экологического контроля и мониторинга.
Кроме того, для полевых методов анализа можно использовать методики, имеющие
международный сертификат, для которых погрешности измерений показателей состава и свойств
природных вод отвечают требованиям ГОСТ 27384-87.
Абрамов В.Ю.
ГОСТ 27384-81 не распространяется на полевые методы анализа. Это формальное
положение связано с достаточно жесткими допустимыми нормами погрешности аналитических
методик, которые, как считалось, трудно достижимы при производстве полевых работ. С момента
введения в действие данного ГОСТа прошло более 15-ти лет и современные экспрессные методы
анализа многих неорганических и отдельных органических веществ в водах соответствуют
установленным нормам.
8. Полевые методы санитарно-микробиологического анализа регламентирует ГОСТ
24849-81, который распространяется на все воды, используемые для хозяйственно-питьевых целей,
и устанавливает полные, сокращенные и сигнальные методы определения числа сапрофитов и
бактерий группы кишечных палочек в случаях, когда доставка проб в стационарную лабораторию
невозможна в течение 6-ти часов после отбора.
В современных условиях в большинстве случаев такая быстрая доставка водных проб в
соответствующие лаборатории принципиально может быть осуществлена и, поэтому полевые
методы оценки качества подземных вод по микробиологическим показателям в настоящих
методических рекомендациях не рассматриваются.
Абрамов В.Ю.
НАБЛЮДЕНИЯ ЗА КАЧЕСТВОМ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
Наблюдения за качеством подземных вод направлены на получение количественных
характеристик их физических свойств и химического состава и их пространственно-временных
изменений.
При этом следует учитывать, что в пределах месторождения или участка водозабора,
участка загрязнения подземных вод под воздействием различных природных и антропогенных
факторов формируется определенный геохимический тип (или нескольких типов) подземных вод,
различающихся количественно ограниченным диапазоном изменения интегральных показателей
химического состава вод: значений окислительно-восстановительного потенциала и рН, величины
их минерализации, содержаний и соотношений основных макроанионов и макрокатионов,
суммарных содержаний органических веществ. В свою очередь, каждому геохимическому типу
подземных вод свойственен строго детерминированный набор нормируемых компонентов показателей качества вод, мигрирующих в значимых (в эколого-геохимическом отношении)
концентрациях. В связи с этим уже на первом этапе мониторинга качества подземных вод на
месторождении с учетом результатов поисково-разведочных работ, материалов режимных
наблюдений за качеством вод, проводимых эксплуатационными службами водозабора, органами
санитарно-эпидемиологического надзора, а также с учетом природных и антропогенных факторов
должен быть установлен оптимальный (необходимый и достаточный по числу элементов и
соединений) комплекс анализируемых компонентов химического состава, рациональное количество
отбираемых водных проб, а при необходимости образцов почв и пород, позволяющих
характеризовать временную изменчивость качества подземных вод.
Различным
геохимическим
провинциям,
природно-географическим
зонам,
гидрогеологическим бассейнам и природно-техногенным системам свойственны свои характерные
отличительные особенности химического состава подземных вод и его вероятных изменений под
влиянием техногенного воздействия, что необходимо учитывать при планировании состава
анализируемых компонентов и соединений.
Абрамов В.Ю.
С учетом указанных особенностей и закономерностей перечень химических элементов и
соединений, содержания которых анализируются при мониторинге месторождений питьевых
подземных вод, устанавливаются индивидуально для каждого месторождения, при этом их
целесообразно условно разделить на четыре группы.
Первая объединяет
обобщенные
геохимические показатели качества вод,
определяющие основной геохимический облик вод и миграционную способность нормируемых
микрокомпонентов.
Вторую группу образуют приоритетные, в данных гидрогеолого-географических условиях,
геохимические показатели, характеризующие региональные особенности химического состава вод и
отличающиеся наибольшей частотой обнаружения, фоновые содержания которых в подземных
водах эксплуатируемого и смежных с ним водоносных горизонтов превышают уровень предельнодопустимых концентраций или приближаются к нему (Сфон.
0.5 ПДК), вследствие характерных
природных и техногенных гидрогеохимических процессов.
Третья группа объединяет
фоновые геохимические показатели, наиболее часто
встречающиеся содержания которых в подземных водах эксплуатируемого водоносного горизонта
изменяются от 0.1 до 0.5 ПДК.
В четвертую группу входят контрольные геохимические показатели качества питьевых
вод, фоновые концентрации которых в водах меньше 0.1 ПДК.
В процессе проведения мониторинга месторождений питьевых подземных вод возможна
корректировка перечня обобщенных, приоритетных, фоновых и контрольных показателей в
зависимости от значимых изменений условий формирования химического состава вод.
Выбор состава контролируемых геохимических показателей, точек наблюдательной сети,
в которых они наблюдаются, периодичность отбора проб для анализа их содержаний в подземных
водах эксплуатируемого и смежных с ним водоносных горизонтов различны.
При проведении мониторинга в состав контролируемых показателей качества подземных
вод эксплуатируемого водоносного горизонта входит стандартный (по СанПиН 2.1.4.1074-01 и ГН
2.1.5.1315-03) перечень микробиологических, обобщенных, санитарно-токсикологических ,
органолептических, радиологических показателей.
Абрамов В.Ю.
Для оценки безопасности воды в эпидемиологическом отношении достаточным является
контроль её микробиологических показателей (колиформные термотолерантные и общие бактерии,
общее макробное число, коли-индекс), анализируемых организацией, осуществляющей
эксплуатацию водозабора или органами санэпиднадзора, с периодичностью отбора один раз в
каждый из сезонов года. В скважинах наблюдательной сети микробиологические показатели могут
не определяться.
Обобщенные и выделенные для подземных вод конкретного месторождения
приоритетные показатели анализируются по всей наблюдательной сети также один раз в сезон.
В состав обобщенных показателей входят: физические органолептические свойства вод,
водородный показатель (рН), общая минерализация или экспериментально определенный сухой
остаток, общая жесткость, перманганатная окисляемость, нефтепродукты, фенолы, поверхностноактивные анионогенные вещества. Эти показатели входят в перечень обязательно определяемых в
питьевых водах показателей, поэтому в подземных водах продуктивного водоносного горизонта,
вскрытых эксплуатационными скважинами, они анализируются соответствующими службами
водозабора.
Приоритетные геохимические показатели следует определять в водах эксплуатируемого
и смежных с ним водоносных горизонтов, вскрытых эксплуатационными и наблюдательными
скважинами по всей площади месторождения.
Фоновые и контрольные геохимические показатели подлежат контролю только в водах
эксплуатируемого водоносного горизонта один раз в год, причем фоновые показатели анализируют
в подземных водах 30% эксплуатационных скважин, а контрольные - в подземных водах 10% таких
скважин. В пробах, отбираемых из скважин наблюдательной
сети определения фоновых
геохимических показателей следует проводить только в случае обнаружения устойчивой тенденции
роста их модальных содержаний в эксплуатационных скважинах.
В качестве контрольных показателей качества вод используются также радиологические
показатели, определяемые величинами общей α- и β-активности.
Абрамов В.Ю.
Исследования микробиологических показателей в подземных водах эксплуатируемого
водоносного горизонта проводит организация, осуществляющая производственный контроль
качества питьевой воды, совместно с контролирующими органами Санэпиднадзора.
При угрозе бактериального загрязнения вод контроль микробиологических показателей
осуществляется не только из эксплуатационных , но и из наблюдательных скважин. При этом при
обнаружении термотолерантных и (или) общих колиформных бактерий
следует провести
исследования проб подземных вод на наличие патогенных бактерий кишечной группы и (или)
энтеровирусов.
В группе приоритетных геохимических показателей качества питьевых подземных вод
увеличивается доля специфических антропогенных соединений, среди которых доминирующую
роль занимают органические вещества. Из более 1600 индивидуальных химических соединений,
имеющих , согласно СанПиН 2.1.4.1074-01 и ГН 2.1.5.1315-03 гигиенический норматив предельнодопустимых концентраций в питьевых водах, практически каждое может присутствовать в водах в
значимых в эколого-геохимическом отношении количествах при наличии соответствующего
источника загрязнений.
Однако на практике наиболее часто встречающиеся в подземных водах вредные
вещества входят в группы ароматических, полиароматических, легколетучих и других прочих
галогенсодержащих, фенольных и хлорфенольных соединений, разнообразных хлор-, фосфор-,
азотсодержащих пестицидов, что значительно сужает круг контролируемых показателей качества
питьевых вод сугубо антропогенного происхождения, способных по своим фоновым концентрациям
принадлежать к группе приоритетных геохимических показателей. Еще более сужает этот перечень
вредных веществ сбор данных о предприятиях или видах хозяйственной деятельности потенциальных источниках ингредиентов загрязнения, который должен предшествовать постановке
мониторинга месторождений и участков водозаборов питьевых подземных вод.
Установленные приоритетные геохимические показатели следует анализировать в водах
всех водопунктов наблюдательной сети и имеющихся эксплуатационных скважин четыре раза в год
(по сезонам).
Абрамов В.Ю.
Так, содержания фоновых геохимических показателей необходимо анализировать не
только в подземных водах 30% эксплуатационных скважин, но и в наблюдательных скважинах,
расположенных по направлению потока загрязняющих веществ и вскрывающих эксплуатируемый и
смежные с ним водоносные горизонты. Частота опробования составляет 2 раза в год в
экстремальные интервалы времени паводкового и меженного периодов. При необходимости число
опробуемых скважин и частота отбора водных проб могут быть увеличены.
Контрольные геохимические показатели также определяют в подземных водах
продуктивного и смежных с ним водоносных горизонтах с одноразовым отбором проб в период
паводка.
Осуществление наблюдений за качеством подземных вод при проведении мониторинга
III класса в целом аналогично составу наблюдений мониторинга класса II . Дополнительно к
стандартным наблюдениям при этом производятся специальные исследования состава
загрязняющих веществ в выявленных очагах загрязнения, количественно оценивается
защищающая роль почв и пород зоны аэрации, водовмещающих и слабопроницаемых отложений.
В состав наблюдаемых геохимических показателей могут быть включены величина
окислительно-восстановительного потенциала (Eh) подземных вод, состав водорастворенных газов,
в том числе содержание в воде гелия, стабильных и радиоизотопов характерных элементов
(водорода, кислорода, азота и др.).
Фоновые и контрольные геохимические показатели качества подземных вод
определяются в 50 и 25% эксплуатационных скважин, а также в наблюдательных скважинах по
потоку возможного фронта загрязнения с частотой отбора водных проб два раза в год в период
наибольшего паводка и последующей межени.
Перед отбором проб воды из несамоизливающих наблюдательных скважин производятся
их прокачки продолжительностью, обеспечивающей отбор не менее 4-5 объемов ствола скважины.
Прокачка может быть проведена механическим или ручным насосом. Использование эрлифта для
отбора проб не рекомендуется, так как при этом происходит изменение химического состава воды.
Наиболее удобны для гидрогеохимического опробования самоизливающих наблюдательных
скважин.
Абрамов В.Ю.
Наблюдения за поверхностными водотоками и водоемами.
1. Основными наблюдаемыми показателями являются уровень, расход, качество и температура
поверхностных вод. Эти наблюдения осуществляются во всех случаях, когда в формировании
эксплуатационных запасов подземных вод существенную роль играют поверхностные воды.
2. Для проведения наблюдений за поверхностными водами следует оборудовать специальные
гидрометрические посты с учетом требований гидрометслужбы или по упрощенной схеме.
Количество постов, состав показателей и методика проведения наблюдений определяется типом
месторождения подземных вод, условиями их взаимосвязи с поверхностными, режимом
поверхностных вод и характером решаемых задач. При этом следует учитывать следующие общие
принципы:
а) При наличии в пределах месторождения или области влияния эксплуатации
подземных вод гидрометрических постов государственной гидрометслужбы следует оценить
достаточность получаемых по этому посту данных для решения поставленных задач и по
результатам этой оценки установить необходимость сооружения дополнительных постов для
измерения уровней и расходов. Сооружение таких дополнительных постов целесообразно только в
случаях соизмеримости расходов водозабора и реки. В противном случае оборудуются лишь
водомерные посты для наблюдений за уровнями и качеством воды.
б) Для месторождений подземных вод в долинах рек на прибрежных участках при работе
береговых (инфильтрационных) водозаборов целесообразно оборудовать два створа, выше и ниже
водозабора. Такие створы следует оборудовать только при условии, что возможное изменение
расхода поверхностных вод между створами в процессе эксплуатации существенно превышает
возможную ошибку в измерении расхода, т.е. на малых и средних реках.
в) При размещении водозаборов в ограниченных структурах, пересекаемых реками,
гидрометрические посты следует располагать перед выходом реки в исследуемую структуру и на ее
выходе из структуры.
Абрамов В.Ю.
г) Наблюдения за режимом поверхностных вод (уровень, расход, температура) следует
осуществлять в те же сроки, что и наблюдения за режимом подземных вод. В паводок частота
наблюдений может быть увеличена с учетом требований гидрометслужбы.
д) Для месторождений таликовых зон районов распространения многолетнемерзлых
пород следует организовать наблюдения за наледеобразующим стоком (объемами наледей),
методика которых изложена ниже несколько подробнее, чем других видов наблюдений, вследствие
относительно редкого их проведения.
3. В районах криолитозоны, на малых и средних водотоках, дренирующих водоносные горизонты, в
период отрицательных температур (при перемерзании водотоков) формируются контрастные
наледи , объемы которых количественно характеризуют величину разгрузки подмерзлотных и
таликовых подземных вод и, косвенно, ее изменения в процессе эксплуатации месторождений
подземных вод.
Для оценки величины наледеобразующего стока необходимо производство ледомерных работ на
специально оборудованных полигонах.
Организация наледных полигонов возможна в двух вариантах:
- в пределах всей наледи (при относительно небольшой, до 2-3-х км, протяженности последней);
- в пределах фрагмента наледи, на “индикаторной площадке” (при значительной протяженности
наледи).
В обоих случаях подготовительные работы по организации ледомерного полигона следует начинать
в конце теплого сезона (август-сентябрь), после полной деградации сезонной мерзлоты и
инъекционных льдов.
Абрамов В.Ю.
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ КАЧЕСТВА ПОДЗЕМНЫХ ВОД.
Изучение качества подземных вод и основных факторов его формирования является
основой получения комплекса необходимой исходной информации для анализа генезиса фонового,
естественного и современного, состояния подземных вод, выявления основных факторов,
определяющих это состояние и его возможных изменений, и выполнения комплекса прогнозных
расчетов в зависимости от полноты и всесторонности проведенных исследований и полученной
информации.
Анализ предшествующей информации, полученной при ранее выполненных
исследованиях, в процессе поисково-разведочных работ и эксплуатации водозаборов позволяет
наметить задачи, методику и технологию дальнейших исследований, получения исходных данных
для повышения достоверности прогнозирования.
В состав исследований для прогноза изменения качества подземных вод должны
входить как химико-аналитические работы по изучению качества подземных вод, так и
исследования состава и свойств водовмещающих пород и условий их взаимодействия с
подземными водами. Вместе с тем, как правило, даже к изучению физико-химических показателей
качества подземных вод подходят формально, только с точки зрения сопоставления нормируемых и
определяемых валовых показателей, что приводит к неверной трактовке получаемых результатов.
Для минимизации рисков, связанных с изучением качества подземных вод, при прогнозе
их качества необходимо определять формы миграции нормируемых компонентов в подземных
водах путем пробоподготовки и химического анализа. В питьевых подземных водах химические
вещества находятся в трех миграционных формах: 1) истинно растворенной (ионной) форме; 2)
коллоидной форме; 3) взвешенной (коагулянты коллоидов) форме. Две последние миграционные
формы не характеризуют ионный химический состав воды, так как являются твердой фазой, но
определяются в составе «валового» показателя.
Абрамов В.Ю.
СанПиН 2.1.4.1074-01 и ГН 2.1.5.1315-03 нормируются только истинно растворенные
(ионные) в воде формы миграции химических элементов. В соответствие с ГОСТ Р 51592-2000
"Вода. Общие требования к отбору проб" - растворенный химический элемент это определяемый
показатель, проходящий через фильтр с размером пор 0,45 мкм.
Для таких нормируемых СанПиН 2.1.4.1074-01 неорганических ионов c регламентированной
степенью окисления как катионы жесткости (Ca2++Mg2+), Ba2+, Sr2+, Al3+, Be2+, Zn2+, F-, и др., а
также катионы и анионы элементов с различными степенями окисления (Fe2+, Fe3+), (Mn2+, Mn4+),
активированная (анионная) кремнекислота (H3Si04-, H2Si04 2-, HSi043-, Si044-) и др., нормируемые
«суммарно», перед выполнением анализа в соответствие с ГОСТ Р 51232-98 "Вода питьевая.
Общие требования к организации и методам контроля качества" проба воды должна быть
профильтрована через фильтр с размером пор 0,45 мкм на месте её пробоотбора. В подавляющем
большинстве случаев это требование не выполняется, что приводит к завышенным результатам
определения этих элементов при химическом анализе воды. Часто за «суммарную» концентрацию
вещества (химического элемента) в подземной воде принимается её «валовое» содержание,
определенное без пробоподготовки фильтрацией, что приводит к получению неверных исходных
данных при оценке и прогнозе качества питьевых подземных вод и проектировании сооружений по
водоподготовке подземных вод и, как следствие, к удорожанию себестоимости питьевой воды.
СанПиН 2.1.4.1074-01 как основной документ, до принятия соответствующего «Технического
регламента», регламентирует термин «суммарно» следующим образом: «элементы и катионы (п.1
раздела неорганические вещества») нормируются суммарно для всех степеней окисления, если это
не указано иначе». Например, для железа и марганца это сумма катионов (Fe2+, Fe3+), (Mn2+,
Mn4+), соответственно, их гидролизаты – коллоидные формы миграции (оксигидроокислы) СанПиН
2.1.4.1074-01 не нормируются, для бария и стронция нормируются ионы Ba2+, Sr2+, но не
нормируются, как биологически инертные, коллоиды малорастворимых сульфатов и карбонатов
этих щелочноземельных металлов.
Абрамов В.Ю.
Немаловажным аспектом изучения и оценки качества питьевых подземных вод является
недоучет изменения форм миграции растворенных в воде химических веществ в ходе их разведки и
эксплуатации, особенно в карбонатных коллекторах. Уменьшение давления до атмосферного и
повышение температуры воды, относительно пластовых условий, при подъеме воды на дневную
поверхность нарушает карбонатное равновесие, вследствие уменьшения растворимости
углекислого газа. В результате дегазации воды образуется коллоидная и взвешенные формы
миграции, например, карбоната кальция и магния, иными словами – устранимая жесткость воды.
При анализе воды трилонометрическим методом не фильтрованных проб Трилон-Б титрует все
формы миграции катионов жесткости (ионная, коллоидная, взвесь). В результате этого получаются
завышенные концентрации кальция и магния, часто являющиеся доминирующими в катионном
химическом составе воды, а при оценке электронейтральности воды выявляется недостаток
анионов. Такие же результаты получаются при масс-спектрометрическом анализе с индуктивно
связанной плазмой консервированных кислотой проб воды.
Отдельно следует отметить нормирование качества подземных вод по кремнию. Нормируемой
формой миграции кремния в воде должна быть общая растворенная ионная форма кремнекислоты,
«активированная кремнекислота» в терминологии СанПиН 2.1.4.1074-01, коллоидная и взвешенная
формы не должны нормироваться. Регламентированный ГН 2.1.5.1315-03 «суммарный (общий)
кремний» или сумма всех его форм миграции Si, должен быть отменен или откорректирован так как
нормируемой величиной является концентрация только истинно-растворенных форм его миграции.
Железо (Fe2+) и марганец (Mn2+), часто встречающиеся катионы загрязнители, в
питьевых подземных водах присутствуют лишь в бескислородных, без сероводородных водоносных
горизонтах, так как их концентрация контролируется либо нерастворимыми в воде
оксигидроокислами Fe3+ Mn4+ в аэробных условиях, либо сульфидами Fe2+ Mn2+, например,
гидротроилитом (FeS) в анаэробных. В связи с тем, что большая часть растворенного в воде
кислорода атмосферных осадков поглощается почвенным профилем, донными осадками рек и
озер, подземные воды в большинстве случаев испытывают недостаток растворенного в воде
кислорода и, как следствие этого, Fe и Mn минералов водовмещающих горных пород (кларковые
концентрации) восстанавливаются углеродом органических остатков или нефтепродуктами до
водорастворимых форм (Fe2+, Mn2+).
Абрамов В.Ю.
Железо-марганцевые подземные воды образуются всегда, когда нарушен баланс атмосферного
кислорода в сторону преобладания восстановителей, который можно регулировать режимом эксплуатации
– понижениями уровня подземных вод. Неправильная оценка миграции баланса окислителей и
восстановителей в геологической среде влечет за собой некорректный прогноз изменения концентраций
железа (Fe2+) и марганца (Mn2+) на водозаборах, особенно при эксплуатации береговых водозаборов, где
недооценивается роль пойменных органогенных отложении в поглощении кислорода и обогащении
подземных вод восстановителями.
Для прогноза миграции переменно-валентных химических элементов
(О, N, C, Mn, Fe, S, As, Se, U и др.) мигрирующих в подземных водах в различных степенях окисления
необходимо изучать минералогический и химический состав, оценивать емкостные свойства (сорбционную
емкость, емкость поглощения и состав обменных катионов, окислительно-восстановительную емкость,
кислотно-основную (буферную) емкость) водовмещающих горных пород. Для прогноза бактериального
загрязнения подземных вод необходимо оценивать наличие в водовмещающих горных породах
антибактерицидных минералов (минералы золота, серебра, платиноидов). Недостаточные исходные
данные о химическом составе подземных вод и водовмещающих горных пород часто приводят к неверному
прогнозу изменения их качества при разведке и эксплуатации, вследствие недоучета главных
гидрогеохимических процессов.
Необходимо отметить также, что для надежного прогноза качества
подземных вод требования к достоверности определения фильтрационно-емкостных свойств водоносных
горизонтов и прогнозов градиентов напора и скорости фильтрации при эксплуатации значительно выше,
чем для количественных прогнозов водоотбора, в которых возможные ошибки прогноза, как правило, могут
компенсироваться увеличением глубины эксплуатационных скважин, или загрузки насоса. В связи с этим во
многих случаях требуется проведение специальных работ по определению параметров миграции.
Анализ изучения качества подземных вод сводится к оценке достаточности информации по
характеристике всех факторов определяющих изменение качества подземных вод при эксплуатации,
которые необходимо учитывать в последующих прогнозных расчетах. Анализ-изучение-анализ –
итерационный процесс, последовательно повторяющийся по мере получения новой информации и оценки
достаточности для последующего прогнозирования. На основе разработки и последующего
совершенствования модели формирования качества проводится оценка ее информационного обеспечения
и необходимости его повышения по определенным позициям и показателям.
Абрамов В.Ю.
Несоответствие масштабов и продолжительности возмущения водоносных горизонтов
при их эксплуатации и опытно-фильтрационных работах при разведке подземных вод приводит к
изменениям окислительно-восстановительных условий в водоносных горизонтах. При длительной
эксплуатации подземных вод формируется более мощная зона аэрации, особенно в пределах
воронок депрессии, большее количество кислородсодержащих вод вовлекается в водообмен и, как
следствие,
происходит
не только окисление восстановленных форм переменновалентных
химических элементов (Fe, Mn, U, S, C, N) подземных вод, но и окисление минералов
водовмещающих горных пород, например, часто встречающегося минерала «гидротроилит» (FeS)
черного цвета. Процесс окисления минералов и гидролиза железа и марганца ведет к понижению
pH среды, росту концентрации закисного железа, сульфатов, увеличению жесткости воды,
вследствие нейтрализации кислотности и, как правило, к неверным прогнозам возможного
уменьшения их содержания при эксплуатации. Особенно часто имеют место неверные прогнозы
уменьшения концентрации железа и марганца, жесткости воды на береговых водозаборах, когда
прогнозируется
привлечение
кислородосодержащих
поверхностных
вод
без
учета
восстановительной емкости русловых отложений, и как следствие, меньшие концентрации железа
(Fe2+) и марганца (Mn2+) в подземных водах наблюдаются при разведке и большие (до порядков)
при эксплуатации.
При этом, если масштаб возмущения на небольших водозаборах при опытных работах можно
довести до эксплуатационного, то продолжительность возмущения всегда несоизмерима. Именно
поэтому важнейшей задачей является изучение и сопоставление данных разведки и эксплуатации,
оценка их сходимости и выявление факторов и процессов, неучтенных при прогнозировании по
результатам разведки.
Абрамов В.Ю.
Спасибо за внимание!
Абрамов В.Ю.